(Credit: Unsplash/CC0 Public Domain)
플라스틱은 재활용이 매우 까다로운 물질입니다. 탄소애 의해 단단히 결함된 폴리머는 많은 열을 가해야 분해되는대, 원료 물질로 돌아가는 대신 변형되기 때문에 플라스틱 쓰레기는 분리 수거 해도 사실 상당부분은 소각되는 운명을 맞게 됩니다.
물론 모아서 소각해 발전기를 돌리는 것이 아무데나 버려서 환경을 오염시키고 미새 플라스틱으로 쪼개져서 회수할 수 없는 쓰레기가 되는 것보단 좋습니다. 하지만 과학자들은 플라스틱을 좀 더 쉽게 재활용할 수 있는 방법을 찾기 위해 노력하고 있습니다. 새 플라스틱을 만들기 위해 석유 같은 원료 물질이 필요하고 제조 과정에서 나오는 이산화탄소도 무시할 수 없기 때문입니다.
미국 노스웨스턴 대학 (Northwestern University)의 화학자들은 흔히 사용되는 플라스틱 소재인 폴리올레핀 (Polyolefin, PO)을 분해할 수 있는 촉매를 개발했습니다. 폴리올레핀은 에틸렌, 프로필렌 등 올레핀(이중 결합을 가진 탄화수소)이 중합되어 생성되는 고분자 화합물입니다. 폴리에틸렌(PE)과 폴리프로필렌(PP)이 대표적인 예이며, 우수한 성능을 바탕으로 필름, 병, 장난감, 전선, 자동차 부품 등 매우 다양한 산업 분야에서 활용되고 있습니다.
하지만 탄소-탄소 결합이 매우 단단하기 때문에 수명을 다한 폴리올레핀 쓰레기를 분해해서 원료 물질로 만들기는 쉽지 않습니다. 폴리올리핀 계열 플라스틱 물질은 음식물이나 식품 용기 등으로 흔히 사용되고 있으며 대개 일회용으로 쓰고 버립니다. 연간 2억 2000만톤의 폴리올레핀이 생산되지만 이 가운데 재활용되는 것은 1-10% 수준에 지나지 않습니다.
연구팀은 폴리올레핀을 단순한 원료 물질로 분해하기 위해 니켈 촉매를 연구했습니다. 연구팀이 주력한
것은 폴리올레핀의 탄소-탄소 결합만 선택적으로 분해해 단순한 액체 상태의 연료나 왁스 같은 형태로 만드는 것입니다. 이 방법은 효율을 높일 수 있을 뿐 아니라 심지어는 오염된 PVC 플라스틱 쓰레기에서도 유용한 물질을 추출할 수 있는 것으로 나타났습니다. 실제로 쓰레기 재활용에서 어려운 점이 오염된 물질을 제거하는 데 있다는 점을 생각하면 획기적인 성과입니다.
연구팀이 개발한 Stable single-site organo-Ni 촉매는 기존의 니켈 촉매보다 낮은 온도에서 수소 첨가 반응을 유지해 분해 효율리 훨씬 우수하고 촉매 역시 안정적으로 유지되어 상업화 가능성을 높였다는 게 연구팀의 설명입니다.
물론 실제 상용화가 가능할지는 두고봐야 알겠지만, 이런 시도가 이어지다보면 어디선갸 돌파구가 나올 것으로 기대합니다.
참고
https://phys.org/news/2025-09-catalyst-plastic-recycling-reality.html
Qingheng Lai et al, Stable single-site organonickel catalyst preferentially hydrogenolyses branched polyolefin C–C bonds, Nature Chemistry (2025). DOI: 10.1038/s41557-025-01892-y
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